LAHİKA-A
DÖNER KANAT TEKNOLOJİ MERKEZİ (DKTM)
PROJE KONULARI
Döner Kanat Teknoloji Merkezi kapsamında ilk etapta çalışılması planlanan proje
konuları ile ilgili muhtemel geliştirme projelerinden bazıları aşağıda yer
almaktadır. Güncellemeler www.tai.com.tr web sitesinden takip edilebilir.
I – GÜÇ İLETİM SİSTEMLERİ
1. İnovatif Helikopter Dişli Mekanizmalarının Geliştirilmesi ve İleri Seviyede Analizi
Geleceğin helikopter dişli kutularından beklenen en önemli özelliklerin başında, konvansiyonel
sistemlere kıyasla, hafiflik, yüksek verimlilik, sessizlik ve yüksek güvenilirlik gelir. Bunun yanında
helikopter rotor aerodinamik performansının arttırılabilmesi ve rotor gürültüsünün azaltılabilmesi
için değişken hızlı dişli kutularına da ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yüzden, bu projede beklenen,
konvansiyonel helikopter sistemlerinin yerine geçebilecek inovatif transmisyon sistemlerinin
geliştirilmesi ve detaylı bir şekilde analizinin yapılmasıdır. Aday sistemin değişken hızlı olması
halinde rotor ve motor arası güç iletiminin herhangi bir bağlantı kopukluğuna sebep olmadan hız
değişimini sağlaması gerekmektedir. Bu projeden genel olarak beklenenler aşağıdadır:
i.
ii.
iii.
Muhtemel aday sistemlerin belirlenmesi ve konvansiyonel helikopter dişli kutuları ve
birbirleri ile mukayese edilmesi ve helikopterlere uygun olup olmadığının
değerlendirilmesi; örneğin, seçilen aday tasarımların kinematiği, hız değişim özellikleri ve
güç iletim özelliklerinin karşılaştırılması, karmaşası ve imal edilebilirliği gibi kriterleri de
kullanarak detaylı analiz için seçime gidilmesi.
Seçilen tasarımın kinematik, güç iletim ve mukavemet özelliklerinin detaylı modellenmesi
ve optimizasyonu için gerekli parametrelerin belirlenmesi.
Tasarımın dinamik, tribolojik, akustik özelliklerinden en önemli olan bir ya da birkaçının
detaylı bir şekilde analizinin yapılması ve bu alanlarda optimizasyon çalışmalarının
yapılması. Bu safhada her bir özelliğin değişik uzmanlar tarafından yapılması da teklif
edilebilir. Bu durumda proje önergesinde proje yöneticilerinin ve araştırmacıların
uzmanlık alanlarının belirtilmesi ve takım çalışma yapısının izah edilmesi gerekmektedir.
Özel Yüzey Profilli Dişlilerin Geliştirilmesi ve Detaylı Analizi
2.
Helikopter dişli sistemlerinin mukavemetinin ve veriminin artması, kavrama esnasındaki
ısınmaların ve gürültünün azaltılması, dişli boyutlarının düşürülmesi için yeni diş profillerinin ve
özel profil modifikasyonlarının geliştirilmesi gerekmektedir. Mesela, asimetrik diş profilli düz ve
helis dişliler ve bunların makro ve mikro geometrilerinin, basma yüzeyi ve diş dibi geometrilerinin
optimum tasarımı gibi konular üzerinde çalışmalar beklenmektedir. Konular sadece verilen
örnekle kısıtlı değildir. Hedef öncelikle dişli teorisine uygun geometrilerin oluşturulması daha
sonra da bunların detaylı analizidir. Bu projeden genel olarak beklenenler aşağıdadır:
i.
Özel dişli geometrisinin belirlenmesi ve bilinen standart dişlilerden üstünlüklerinin
tanımlanması.
1
ii.
iii.
iv.
Diş yüzey makro geometrisinin dişli teorisi ve diferansiyel geometriye bağlı olarak
analitik/nümerik modellenmesi. Dişler arası kavrama hareketinin sağlandığının ispatı ve
yüzey kinematiğinin modellenmesi.
Makro geometrinin mukavemet, ısınma ve gürültü azaltılmasına yönelik profil
modifikasyonlarının, dişler arası yük paylaşımının belirlenmesi ve benzeri konularda
detaylı mikro geometri modellerinin ve analizlerinin yapılması.
İmal edilebilirlik konularının teorik olarak ispat edilmesi.
2
II – ROTOR KONTROLÜ ve PAL
Rotor pallerinin hatve açısı kontrolünde yalpa tablası (swashplate) kullanımı klasik bir yöntemdir.
Bu yöntemde pallerin hatve açıları birbirlerine bağımlı bir şekilde, yalpa tablasının oluşturduğu
kinematik ilişki ile belirlenir.
Her bir pali doğrudan kontrol eden eyleyiciler kullanılması ile rotor pallerine bağımsız hatve
kontrol yeteneği kazandırılabilir. Bu yetenek,
uçuş performansı artışı, titreşim ve gürültü
seviyelerinin azaltılması, yer rezonansı etkisinin kontrol edilebilmesi ve güvenlik artışı gibi
avantajlar sağlar. Bağımsız pal kontrolü, yalpa tablalı bir sistemde hatve kontrol çubukları yerine
elektromekanik eyleyiciler yerleştirilerek gerçekleştirilebileceği gibi, bir yalpa tablasına gerek
duyulmadan, pal köküne yerleştirilen eyleyiciler ile veya pal firar kenarında bulunan aerodinamik
yüzeyler (aktif falplar) ile yapılarak karmaşıklık ve ağırlık azalması faydaları da sağlanır.
Bağımsız Hatve Kontrollü Rotor Sistemi Geliştirilmesi için gerçekleştirilecek araştırma/geliştirme
projeleri aşağıda açıklanmıştır.
1. Pal Köküne Yerleştirilen Elektromekanik Eyleyiciler ile Bağımsız Pal Hatve Kontrollü
Rotor Sistemi Geliştirilmesi
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
vii.
Rotor sisteminin (algılayıcı ve eyleyiciler ile birlikte) analitik ve sistem tanımlama
yöntemleri kullanılarak dinamik modelinin oluşturulması.
Tüm uçuş rejimini kapsayacak şekilde otomatik pal hizalama (tracking) algoritmalarının
geliştirilmesi.
Bağımsız hatve kontrolü ile titreşim sönümleme ve gürültü azaltma algoritmalarının
geliştirilmesi.
Yer rezonansı kontrolü için bağımsız pal hatve kontrolü algoritmalarının geliştirilmesi.
Hata tespiti ve hataya dayanım algoritmalarına girdi sağlayacak algılayıcıların (ivmeölçer,
gerinim sensörü, piezoelektrik yamalar vb.), yedekleme ve tamamlayıcı çalışma
mantığına uygun bir şekilde belirlenmesi, bu algılayıcıların pal üzerine optimum yerleşimi.
Algılayıcıların bütünleşik bir şekilde çalışmasını sağlayacak sensör füzyon
algoritmalarının geliştirilmesi.
Algılayıcı ve eyleyici hatalarının tespiti ve bu hatalara karşı dayanım sağlayan
algoritmaların geliştirilmesi.
2. Pal Firar Kenarına Yerleştirilen Flaplar ile Bağımsız Pal Hatve Kontrollü Rotor Sistemi
Geliştirilmesi
i.
ii.
Rotor sisteminin (algılayıcı ve eyleyiciler ile birlikte) analitik ve sistem tanımlama
yöntemleri kullanılarak dinamik modelinin oluşturulması.
Tüm uçuş rejimini kapsayacak şekilde otomatik pal hizalama (tracking) algoritmalarının
geliştirilmesi.
3
iii.
iv.
v.
vi.
vii.
Firar kenarı flaplarının kontrolü ile titreşim sönümleme ve gürültü azaltma algoritmalarının
geliştirilmesi.
Yer rezonansı kontrolü için bağımsız pal hatve kontrolü algoritmalarının geliştirilmesi.
Hata tespiti ve hataya dayanım algoritmalarına girdi sağlayacak algılayıcıların (ivmeölçer,
gerinim sensörü, piezoelektrik yamalar vb.), yedekleme ve tamamlayıcı çalışma
mantığına uygun bir şekilde belirlenmesi, bu algılayıcıların pal üzerine optimum yerleşimi.
Algılayıcıların bütünleşik bir şekilde çalışmasını sağlayacak sensör füzyon
algoritmalarının geliştirilmesi.
Algılayıcı ve eyleyici hatalarının tespiti ve bu hatalara karşı dayanım sağlayan
algoritmaların geliştirilmesi.
3. Aktif Hatve Açısı Kontrol Mekanizması ile Bağımsız Pal Hatve Kontrollü Rotor Sistemi
Geliştirilmesi
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
vii.
viii.
Rotor sisteminin (algılayıcı ve eyleyiciler ile birlikte) analitik ve sistem tanımlama
yöntemleri kullanılarak dinamik modelinin oluşturulması.
Tüm uçuş rejimini kapsayacak şekilde otomatik pal hizalama (tracking) algoritmalarının
geliştirilmesi.
Aktif hatve kontrol eyleyicileri ile titreşim sönümleme ve gürültü azaltma algoritmalarının
geliştirilmesi.
Yer rezonansı kontrolü için bağımsız pal hatve kontrolü algoritmalarının geliştirilmesi.
Hata tespiti ve hataya dayanım algoritmalarına girdi sağlayacak algılayıcıların (ivmeölçer,
gerinim sensörü, piezoelektrik yamalar vb.), yedekleme ve tamamlayıcı çalışma
mantığına uygun bir şekilde belirlenmesi, bu algılayıcıların pal üzerine optimum yerleşimi.
Algılayıcıların bütünleşik bir şekilde çalışmasını sağlayacak sensör füzyon
algoritmalarının geliştirilmesi.
Algılayıcı ve/veya eyleyici hatalarının tespiti ve bu hatalara karşı dayanım sağlayan
algoritmaların geliştirilmesi.
Yalpa tablası ve aktif hatve açısı kontrol eyleyicilerinin hata durumlarında yedekli
kullanımına yönelik yöntemlerin geliştirilmesi.
4. Helikopter Rotorları için Uçuş Zarfı Koruma Yöntemleri ve Sistemleri Geliştirme
i.
ii.
iii.
Fly-by-wire kontroller ve elektromekanik sensörlerin kullanıldığı durumda aktif kontrol
sistemleri ile pilota erken uyarı veren algoritmaların ve yöntemlerin geliştirilmesi.
İlgili kritik manevraların bulunması.
Geliştirilen algoritmaların pilotlar ile senaryo bazlı test edilmesi.
5. Inovatif Helikopter Rotor Kontrol Projeleri
Bu proje, helikopter rotor sistemlerine yönelik
önerilebileceği genel bir başlık olarak tanımlanmıştır.
6. Pal optimizasyonu
4
yenilikçi
tasarım
ve
teknolojilerin
Bu proje, helikopter rotor pallerinin aeroakustik ve aerodinamik performansının
geliştirilmesine ve optimizasyonuna yönelik projelerin önerilebileceği genel bir başlık olarak
tanımlanmıştır.
5
III – GAZ TÜRBİN MOTOR
DKTM projeleri içerikleri bakımından Aerodinamik, Malzeme, Yapısal ve Sertifikasyon olarak
dört ana gruba ayrılmıştır.
Her grupta yer alan çalışmaların ilgili olduğu motor bileşenleri de parantez içinde belirtilmiştir.
1. AERODİNAMİK
1.1
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) Çözücüsü Geliştirilmesi (Kompresör &
Türbin)
Bütün dünyada motor firmaları, özellikle turbomakina tasarımlarında kendi özgün HAD
çözücülerini kullanmakta ve rekabetçi motorlar tasarlayabilmek için bu çözücüleri
geliştirmektedir. Turboşaft motor programı kapsamında kurulacak olan rig test merkezlerinde, bu
tip HAD çözücülerini geliştirmek için gerekli tüm test verisi proje süresince toplanıyor olacaktır.
Buna paralel olarak, özgün bir HAD çözücüsü yazılması ve rig testlerinden gelecek verilerle bu
çözücünün geliştirilmesi planlanmaktadır. Hedef, geliştirilecek olan HAD çözücüsünün, ilk etapta
turboşaft motor programı kapsamında kullanılacak olan ticari kodlara alternatif oluşturması,
sonrasında ise bu kodların yerini alarak gelecekteki motor tasarım faaliyetlerinde direk olarak
kullanılmasıdır. Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi
planlanmaktadır.
i.
ii.
iii.
iv.
1.2
2D RANS çözücü geliştirilmesi: 2D RANS çözücünün hazırlanması (Ticari bir Ağ
oluşturucu (Mesh Generator) kullanılarak) ve ticari kodlar ile, turboşaft projesini
kapsamında test edilecek kanatçık profilleri üzerinde karşılaştırma yapılması
Ağ oluşturucu geliştirilmesi
3D RANS çözücü geliştirilmesi: 3D RANS çözücünün hazırlanması ve ticari kodlar ile,
turboşaft projesini kapsamında test edilecek kanatçık geometrileri üzerinde karşılaştırma
yapılması
Validasyon: Rig testlerden elde edilecek veriler ile özgün kodların validasyonunun ve
gerekli iyileştirmelerin yapılması.
Kanatçık Geometri Optimizasyonu (Kompresör & Türbin)
Yüksek performansa sahip turbomakina tasarımına ulaşılabilmesi için, tasarım parametrelerinin
tasarıma olan etkisinin çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Artan bilgisayar hesaplama gücü ile
birlikte gelişen sayısal hesaplama yöntemlerinin de etkisiyle, tasarım parametrelerinin
performansa olan etkilerinin karmaşık bir hal alması tasarımcının bunlar arasından uygun olanı
değerlendirmesini git gide zorlaştırmaktadır. Bu projede tasarımcıya yardımcı olacak, bu
parametrelerin etkilerini araştırıp, tasarımı iyileştirmeye imkan sağlayacak optimizasyon
yazılımları geliştirilecektir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
6
i.
2D Kanatçık Optimizasyonu: İki boyutlu kanatçık modellerinin aerodinamik kayıplarının
azaltma amacıyla optimizasyon yazılımı geliştirilecektir. Literatürde detayları bilinen bir
kanatçık profili (ör: Türbin için VKI-LS89 kanatçık profili) model olarak belirlenecektir.
HAD yazılımı kullanılarak modelin aerodinamik performansı belirlenecek ve sonuçlar
literatür verileri ile karşılaştırılacaktır.Seçilen modelin performansının geliştirilen yazılım
ile iyileştirilmesine çalışılacaktır.
ii.
3D Kanatçık Optimizasyonu: Üç boyutlu oluşturulan gerçek kanatçık modellerinin
performans optimizasyonu için gerekli araçların geliştirilmesi hedeflenmektedir. İki
boyutlu optimizasyon olarak seçilen model kullanılarak üç boyutlu bir kanatçık geometrisi
oluşturulacaktır. Bu geometrinin performansı HAD yazılımları ile belirlenecek ve
aerodinamik performansının geliştirilecek yazılım ile iyileştirilmesi hedeflenmektedir.
1.3
HAD Analiz Uygulamaları (Yanma Odası - RANS, LES; Ateşleme, Conjuge Isı
Transferi, Alev Kararlılığı)
Yanmanın modellenmesi ve sayısal analizinde, türbülans-yanma etkileşiminin gerçekçi
çözümlenmesi ve zamana bağlı etkilerin detaylı incelenebilmesi açısından, LES (Large Eddy
Simulation) yaklaşımı hem akademik hem de endüstriyel alanda güçlü bir araç haline gelmiştir.
Ateşleme, alev kararlılığı gibi olguların simülasyonunda, LES metodu oldukça kritik bir öneme
sahiptir. Bu Ar-Ge çalışması sonucunda aşağıdaki yöntem ve uygulamaların geliştirilmesi
beklenmektedir. Geliştirilen yöntemlerin gerçek uygulamaya dönük olması beklenmektedir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
ii.
iii.
1.4
Reaktif LES metodolojilerinin belirlenmesi: Yanma odasında gerçekleşen reaktif
akışın LES modelleme yöntemi ile uygun yakıt tipi ve kimya uygulanarak çözülmesi.
Geliştirilen metodolojinin çalışma koşullarında gerçek bir yanma odası modeline
uygulanması.
Transient Yanma Olaylarının Modellenmesi: Yanma odası içerisinde anlık olarak
gerçekleşen ateşleme, alev kararlılığı ve yanma/sönme limitleri gibi fenomenlerin LES
yöntemleri ile modellenmesi.
Eşlenik Isı Transferi Çözümleri: Yanma odası duvarlarında gerçekleşen yanma
kaynaklı ısınmanın eşlenik ısı transferi çözümleri ile belirlenmesi. Reaktif akış
çözümlerinin duvar sıcaklığına olan etkilerinin belirlenmesi.
Yakıt Enjektörü Geliştirilmesi (Yanma Odası – Tasarım, Analiz, Üretim, Test)
Gaz türbini yanma odası içerisinde gerçekleşen yanma ve akış karakterini etkileyen en önemli
etkenlerden biri de yakıt enjektörleridir. Yakıt enjektörleri özel tasarımları sayesinde istenilen
debide, hızda, koni açısında ve yakıt damlacık çapında yakıt çıkışı sağlamaktadırlar. Proje
kapsamında sıvı yakıtlara uygun bir enjektör tasarlanması istenmektedir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
7
i.
ii.
iii.
1.5
Tasarım: Tasarım sürecinde kullanılan analitik yöntemler, geliştirilen kodlar ve
uygulanan CFD analizleri detaylı şekilde sunulması ve tasarım metodolojisi tekrarlanabilir
bir süreç haline çevrilmesi.
Üretim: Tasarlanan enjektörlerin üretimi. Bu yönde enjektörlere ait üretim çizimleri ve
imalat detaylarının sunulması. Kullanılabilecek farklı üretim metotları belirlenmesi.
Test: Üretilen enjektörlerin hedeflenen basınç aralığında istenilen debiyi verdiği ve
homojen bir atomizasyonun gerçekleştirildiği testlerle gösterilmesi. Yanma olmadan
gerçekleştirilen karakterizasyon testlerinin sıcak olarak da gerçekleştirilmesi ve
enjektörün yanmanın olduğu bir test ortamındaki performansının da araştırılması.
Impeller-Difüzör Etkileşimi (Radyal Kompresör)
1000-1500hp sınıfı turboşaft motorlarda düşük yakıt tüketimi için yüksek basınç oranı ve yüksek
verimli kompresörler gereklidir. Bununla birlikte bu sınıftaki motorlarda üretim ve işletme
maliyetlerinin düşük olması istendiği için basit, düşük parça sayılı ve imalatı kolay kompresörler
tercih edilmektedir. Helikopter uygulamalarında yüksek seviye inlet distortion’lara maruz
kalınması nedeniyle stall marjini yüksek, uzun ömürlü tasarımlar önem kazanmaktadır. Bu
motorlarda söz konusu isterleri karşılayabilme kolaylığı nedeniyle radyal kompresörler tercih
edilmektedir.
Bu projede radyal kompresörler için en önemli konulardan birisi olan impeller-difüzör etkileşimi
sayısal ve deneysel olarak incelenecektir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
Sayısal: Bu çalışmada etkileşimin incelenmesine yönelik HAD analiz modelinin
geliştirilmesi, üç boyutlu HAD analizlerinin yapılması ve de yapılan HAD analizlerinin test
sonuçları ile karşılaştırılması planlanmaktadır.
ii.
Deneysel: Deneysel çalışmalar TEI’de “TJ-90 Turbojet Motoru Santrifüj Kompresör
Tasarım Optimizasyonu“ konulu SanTez kapsamında kurulacak test düzeneğinde
gerçekleştirilecektir. Deneyler sonucunda elde edilen veriler numerik analizlerle
karşılaştırmada kullanılacaktır.
1.6
Yüksek Performanslı Kanatçık Uç Bölgesi Tasarımı (Türbin)
Proje öncelikle türbin rotor tip bölgesindeki akış fiziğinin anlaşılması hedeflemektedir. Çalışmalar
deneysel olarak başlayacak ve yapılan çıkarımlar doğrultusunda bu kritik bölgenin HAD ile
modellenmesi için gerekli metodoloji oluşturulacaktır. İlerleyen safhalarda aerodinamik
performans kayıplarını azaltıcı geometrilerin araştırılması analiz yöntemi ile yapılacaktır.
Performansı en iyi modelin sonuçları yapılacak deneysel faaliyetler ile gösterilecektir. Proje
kapsamında yapılacak deneysel çalışmalar, Turboşaft Motor Programı dahilinde kurulacak olan
HPT Kaskad test düzeneği kullanılarak yapılacaktır.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
8
i.
Farklı uç açıklıkları için rotor uç bölgesindeki akışın deneysel incelenmesi:
Literatürde bulunan farklı tip geometrileri incelenecek ve seçilen bir modelin detaylı uç
bölgesi akış karakteristiği çıkarılacaktır. Çalışmalar deneysel olarak HPT kaskad test
düzeneğinde yapılacaktır. Bu sayede yüksek basınç bölgesinden düşük basınç bölgesine
olan akışın fiziğinin anlaşılması hedeflenmektedir.
ii.
Uç bölgesi HAD analizleri için metot geliştirilmesi: Uç bölgesindeki temel kayıp
mekanizmalarını en iyi yansıtacak metodoloji oluşturulacaktır. Yapılan deneysel
çalışmaları doğru çözümleyecek HAD analiz yöntemi üzerinde çalışılacaktır.
iii.
Yüksek performanslı Uç bölgesi Modelinin belirlenmesi: Geliştirilen HAD metodolojisi
kullanılarak alternatif tip geometrileri araştırılacaktır. En iyi performans artışı sağlayan
model belirlenecektir.
iv.
Yeni tasarımın deneysel karakterizasyonu: Seçilen yeni uç bölgesinin deneysel olarak
performansı belirlenecektir. Deneysel çalışmalar HPT Kaskad test düzeneğinde
yapılacaktır. Çıkışta yapılacak basınç ölçümleri ve uç bölgesine uygulanacak akım
görüntüleme teknikleri ile performans artışı deneysel olarak belirlenecektir.
1.7
Kanatçık Uç Bölgesinin Etkin Soğutulması (Türbin)
Türbin uç bölgeleri yüksek sıcaklıklarda en hızlı hasarlanan bölgelerden biridir. Bu proje ile bu
bölgenin sıcaklıklarının düşürülmesi ve daha az soğutma havası ile etkin şekilde soğutulması
için yeni soğutma tasarımının geliştirilmesi hedeflenmektedir. Proje kapsamında yapılacak
deneysel çalışmalar, Turboşaft Motor Programı dahilinde kurulacak olan HPT Kaskad test
düzeneği kullanılarak yapılacaktır.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
Uç soğutma konsept tasarımı: Uç geometrilerine uygulanan soğutma konfigürasyonları
ve soğutma etkinlikleri belirlenecektir. Bu yöntemlerde kullanılan etkin mekanizmalar
anlaşılacak ve soğutma etkinliğini arttıracak soğutma konfigürasyonu oluşturulacaktır.
ii.
Aerodinamik analiz : Uç bölgesine uygulanabilecek alternatif soğutma konfigürasyonları
belirlenecektir. Bu konfigürasyonlara ait akış özellikleri analiz yöntemi ile tespit
edilecektir. En iyi alternatife ait model HPT kaskad test düzeneğinde test edilecek ve
analiz sonuçları doğrulanacaktır.
iii.
Soğutma Etkinliği: Soğutma etkinliğinin belirlenmesi için analiz methodolojisi literatür
bilgileri kullanılarak geliştirilecektir. Belirlenen konfigürasyonlara ait soğutma etkinlikleri
analiz yöntemi ile tespit edilecektir. En iyi alternatife ait model HPT kaskad test
düzeneğinde test edilecek ve analiz sonuçları doğrulanacaktır.
9
1.8
Soğutma Performansı Tahmini (Türbin)
Turbin kanatçıklarının yanma odası koşulları altında metal sıcaklıklarının bulunması ve metal
sıcaklıklarının tayini için kullanılan kodun geliştirilmesi hedeflenmektedir. Motor testi öncesinde
tasarım methodolojisinin güvenilirliğinin arttırılması hedeflenmektedir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
Soğutmalı kanatçık modeline ait metal sıcaklık tahmini: Tasarlanan iç soğutmalı
türbin kanatçıklarının sıcaklık dağılımı, deneysel olarak yanma odası çıkış sıcaklıklarına
benzer koşullarda ölçülecektir. Farklı bölgelerdeki sıcaklık seviyeleri belirlenecek ve
tasarımda öngörülen sıcaklıklar ile karşılaştırılacaktır. Testler farklı gaz sıcaklıkları için
tekrarlanacaktır.
ii.
Metal sıcaklıkları hesaplayan kodun geliştirilmesi: Deneylerde elde edilen sıcaklık
dağılımlarına göre metal sıcaklıklarını hesaplayan bir yazılım geliştirilecektir. Bu yazılım
HAD analizlerinden bağımsız olarak metal sıcaklıklarını hesaplayacak yetkinlikte
olacaktır.
2
MALZEME
2.1
TBC Kaplama Karakterizasyonu (Yanma Odası – APS)
Proje kapsamında motorda yüksek sıcaklıkta çalışan yanma odasına uygulanacak olan ısıl
bariyer kaplamanın termal ve mekanik özelliklerinin karakterizasyonu sağlanacaktır. Isıl bariyer
kaplama ile ilgili metalürjik ve operasyonel anlamdaki deneyim eksikliği tasarım ve üretim
kabiliyetlerini de sınırlandırmaktadır. Bu yüzden bu projenin amacı ısıl bariyer kaplamalarının
mikro yapısını etkileyen mekanizmaların incelenmesi ve bu sayede ısıl bariyer kaplamalarını
işlevselliğinin belirlenmesi olacaktır. Proje kapsamında yanma odası üzerine göreceli olarak
kalın bir kaplamaya imkan sağlayan APS yönteminin araştırılması beklenmektedir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
ii.
iii.
2.2
Karakteristik belirleme: Isıl bariyer kaplamalarının ölçülebilir karakteristiklerinin
belirlenmesi
Isı ile karakteristik değişimi: Isıya maruz bırakılan ısıl bariyer kaplamaların
karakteristiklerindeki değişimin belirlenmesi
Kaplama performans tahmini: Isıl bariyer kaplamanın performansının düşmesine veya
tamamen işlevsiz hale gelmesine neden olan baskın mekanizmaların belirlenmesi
TBC Kaplama Karakterizasyonu (Türbin – EB-PVD)
Proje kapsamında motorda yüksek sıcaklığa maruz kalan türbin kanatlarına uygulanacak olan
ısıl bariyer kaplamanın termal ve mekanik özelliklerinin karakterizasyonu sağlanacaktır. Isıl
bariyer kaplama ile ilgili metalürjik ve operasyonel anlamdaki deneyim eksikliği tasarım ve üretim
10
kabiliyetlerini de sınırlandırmaktadır. Bu yüzden bu projenin amacı ısıl bariyer kaplamalarının
mikroyapısını etkileyen mekanizmaların incelenmesi ve bu sayede ısıl bariyer kaplamalarını
işlevselliğinin belirlenmesi olacaktır. Proje kapsamında türbin kanatları üzerine uygulanan ve
hassas bir yüzey ile akış aerodinamiğini etkilemeyen EB-PVD yönteminin araştırılması
beklenmektedir.
Projenin aşağıdaki ana başlıklar altında sunulan iş paketlerini içermesi planlanmaktadır.
i.
ii.
iii.
2.3
Karakteristik belirleme: Isıl bariyer kaplamalarının ölçülebilir karakteristiklerinin
belirlenmesi
Isı ile karakteristik değişimi: Isıya maruz bırakılan ısıl bariyer kaplamaların
karakteristiklerindeki değişimin belirlenmesi
Kaplama performans tahmini: Isıl bariyer kaplamanın performansının düşmesine veya
tamamen işlevsiz hale gelmesine neden olan baskın mekanizmaların belirlenmesi
Malzeme Bilgisi Çıkarılması
Turboşaft motor projesi kapsamında, motorda kullanılacak olan malzemeler için tasarımda
kullanılmak üzere malzeme bilgisi çıkarılacaktır. Bu bilgileri elde etmek için gerekli testler
NADCAP onaylı test merkezlerinde yaptırılacaktır.
Bu projede ise, verileri elde edilmiş motor malzemelerinden bir tanesi seçilerek (titanyum (6/4,
6242 vb.), veya süper alaşım (Inconel serisi, vb.)), gerekli testlerin:
i.
Termal ve fiziksel testler: Poison oranı, termal genleşme, termal yayınım, termal
iletkenlik, yoğunluk, özgül ısı belirleme testleri
ii.
Mekanik testler: Akma, çekme, kopma mukavemetleri, uzama değerleri, yüksek ve
düşük çevrimli yorulma mukavemetleri, gerilme değerleri testleri
yapılarak malzeme bilgisinin tekrar çıkartılması planlanmaktadır. Çıkartılan bu veriler, NADCAP
onaylı test merkezlerinden elde edilen veriler ile karşılaştırılarak, malzeme bilgisi çıkartma
kabiliyeti/yeterliliği değerlendirilecektir.
2.4
Titanyum Dövme Teknolojisi
Proje kapsamında motorda kullanılacak olan titanyum dövme malzemelerin üretim süreçleri ile
malzeme özellikleri arası ilişkilerin belirlenmesi planlanmaktadır. Bu kapsamında, farklı titanyum
dövme örneklerinin incelenmesi ve karşılaştırılması için prototip parçalar imal ettirilecek,
optimum proses parametrelerinin tanımlanması sağlanacaktır.
2.5
Nikel Bazlı Süperalaşım Dövme Teknolojisi
Proje kapsamında motorda kullanılacak olan nikel bazlı süperalaşım dövme malzemelerin üretim
süreçleri ile malzeme özellikleri arası ilişkilerin belirlenmesi ve optimum proses parametrelerinin
tanımlanması planlanmaktadır. Bu kapsamında, farklı nikel bazlı süperalaşım dövme
11
örneklerinin incelenmesi ve karşılaştırılması için prototip parçalar imal ettirilecek, optimum
proses parametrelerinin tanımlanması sağlanacaktır.
3
3.1
YAPISAL
HCF Analiz ve Test (Eksenel Kompresör Pale)
Yüksek çevrim yorulma (High Cycle Fatigue, HCF) bilhassa fan, kompresör ve türbin paleleri ile
ince statik motor parçalarında motorun bütünlüğünü riske sokan baskın yapısal mekanizmadır.
Bu proje kapsamında, eksenel kompresör palelerinin HCF analiz ve hesaplama yöntemlerinin
geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Mevcut palelerin HCF testleri yapılarak, testlerden elde edilecek
sonuçlar ile analizlerden elde edilen sonuçların karşılaştırılması, ve analiz yöntemlerinin
doğrulanması ve geliştirilmesi planlanmaktadır.
3.2
LCF Analiz ve Test (Türbin Firtree Bağlantısı)
Düşük çevrim yorulma, motorun bütünlüğünü riske sokan en önemli baskın yapısal
mekanizmalardan biridir. Türbin-pale bağlantıları, gerek imalat toleransları gerekse bağlantıda
çalışan yüzeyler arasındaki sürtünme ve temas bölgesindeki gerilmeler, tasarım açısından zor
ve önemlidir.Proje kapsamında, türbin pale bağlantısının düşük çevrim yorulma (LCF) testleri
gerçekleştirilecek, sonuçları hesaplamalar ile kıyaslanacaktır. Testlerde, tasarımda belirlenmiş
yük altında, kritik olan bölgelere gerinim ölçerler yerleştirilerek gerinmeler ölçülecek, belirli
çevrim sonunda parça üzerinde çatlak kontrolü yapılacak ve parçanın kopmasına izin
verilecektir. Elde edilen ölçümler ve sonuçlar hem tasarımda kullanılan modellemenin
doğrulanmasını hem de metodolojinin geliştirilmesine yardımcı olacaktır.
3.3
Squeeze Film Damper Tasarımı
Proje kapsamında, rotor dinamiği tasarım ve hesaplamalarında bilgi/birikim oluşturmak
amacıyla, sönümleyici olarak kullanılan film sönümleyicilerin tasarımlarının gerçekleştirilmesi,
hesaplamaların yapılması ve testler ile squeeze film damper (SFD) parametrelerini değiştirerek
tasarım ve hesaplamaların doğruluğunun kontrol edilmesi planlanmaktadır. Esas olarak, SFD
lerin testlerine uygun olacak şekilde basit disk ve şafttan oluşan sistem konfigürasyonları
testlerde kullanılacaktır. Test rig ile, rotor-yatak sisteminin, diskin ve şaftın balanssızlığı,
jiroskopik etkiler, SFD’ nin lineer olmayan davranışları gibi farklı operasyonel koşullarda testleri
gerçekleştirilecek ve toplanan veriler rotor dinamiği metodolojisinin geliştirilmesinde
kullanılacaktır.
3.4
Friction Damping Tasarımı
Motor rotor palelerinde servis ömrünü arttırma amacıyla, sürtünmeli sönümleme konsepti
rezonans gerilmeleri minimize etme maksadıyla kullanılmaktadır. Bu projede, sürtünmeli
sönümleyici tasarım ve analiz metodolojisinin geliştirilmesi ve bunun için gerekli olan test
düzeneklerinin kurulumu ve testlerin gerçekleştirilmesi planlanmaktadır.
12
3.5
Aeroelasticity Hesaplamaları, Analiz Yöntemleri ve Yazılım Geliştirme
Yapısal bütünlük açısından, titreşim değerlendirmelerinde akıştan kaynaklanan kuvvetlerin
önemi büyüktür ve hesaba katılması gerekmektedir. Akıştan kaynaklanan kuvvetlerin yapısal
kuvvetler ve atalet kuvvetleri ile birlikte eş zamanlı olarak değerlendirilmesi önem arz etmektedir.
Bu proje kapsamında, aeroelasticity metodolojisinin oluşturulması ve yapısal bütünlük kontrolleri
için kullanılacak bir yazılım geliştirilmesi planlanmaktadır. Bu metodolojinin ve yazılımın
validasyonu ve iyileştirmesi, Turboşaft Motor Programı kapsamında yapılacak olan aero rig
testlerden elde edilecek veriler ile yapılacaktır.
4
4.1
SERTİFİKASYON
Balistik Testler (Analiz ve Test Validasyonu)
Kopan turbomakina palelerinin veya parçalarının motor içinde muhafaza edilmesi bir
sertifikasyon gerekliliğidir. Bu sebeple, motor tasarımlarında muhakkak hesaba katılması ve
incelenmesi gereken oldukça önemli bir konudur. Bu proje kapsamında, yüksek deformasyon
malzeme özelliklerinin elde edilmesi için, balistik testler yapılarak (gaz tabancası ile parça
fırlatılması), muhafaza üzerindeki anlık darbe etkisi incelenecektir. Böylece tasarım için analiz ve
hesaplamalarda kullanılacak olan malzeme modellemesi gerçekleştirilmiş olacaktır.
4.2
Darbe Etkisi (Impact) Analiz ve Similasyonu
Sertifikasyon gereksinimi olarak, motorun maruz kalabileceği buz, kuş veyahut dolu
çarpmalarında, motorun belirlenen hasar limitleri içinde kaldığının testler ile gösterilmesi
gerekmektedir. Bu gereksinimin sağlanabilmesi ve yapılacak testlerdeki uyumsuzluk riskinin
azaltılabilmesi, tasarım için kullanılacak olan analiz yöntemlerinin yeterliliğine bağlıdır. Bu proje
kapsamında, motora girebilecek olan maddelerin (buz, kuş, dolu, vb.) izleyeceği yolun ve darbe
sonrasında meydana gelecek hasarın tahmin edilebilmesi için gerekli analiz ve simülasyon
yöntemlerin geliştirilmesi planlanmaktadır.
13
Download

LAHİKA-A DÖNER KANAT TEKNOLOJİ MERKEZİ (DKTM